详情

原文传递工程船坐底作业安全性分析

论文题名：	工程船坐底作业安全性分析
关键词：	工程船;海上风电安装;坐底作业;船体强度;有限元分析
摘要：	风能是重要的清洁能源和可再生能源，发展海上风电可以帮助更快实现“碳中和”的目标。本文针对潮间带和浅海海区海上风电安装工程，目前常用的自升式风电安装船和浮式起重船作业存在的以下不足：（1）自升式风电安装船经济成本较高、数量严重不足、受到水深及地质的影响。（2）起重船安装作业受天气洋流等条件影响较大、稳定性较差、导致工期无法控制。故本文提出采用工程船坐底安装海上风电机组的方案，对此工程开展研究并且确定评判坐底作业安全性能的方法具有一定的理论价值与实际意义。　　本文以一艘符合海上风电项目开发海域要求的起重船为研究对象，提出了采用工程船坐底作业的基本方案；分析了影响坐底作业安全的因素；并基于规范计算了船体在极端环境载荷作用下，船底面积在损失20%的工况下，最不利的受力状态下工程船的坐底稳性。　　根据海上风电项目的工程要求，估算船舶的所受重力和功能载荷，确定了船舶在坐底作业时的包括作业载荷在内的可变载荷。分别计算工程船在坐底时以正常坐作业工况，及自存工况下的风载荷与流载荷等环境载荷以及海床支持力。其中，风载荷以及流载荷可以基于经验公式直接计算确定，最终确定工程船的整体载荷。　　本文运用有限元分析软件ANSYSAPDL前处理模块建立工程船的有限元模型，选取不同吃水状态下，水中坐底作业、以及风暴条件下坐底自存、坐底面积丧失等多种典型工况，分别施加边界条件和载荷、直接计算坐底状态下的船体结构强度，根据得出的应力结果及应力云图进行分析。计算结果表明，不同水深下，工程船在多种作业载荷和环境载荷的作用下，导致其正常作业和坐底自存工况下的结构应力发生改变，2m水深以上，船体的结构应力均小于相应材料规范的许用应力，结构强度满足规范要求。　　应力结果表明，坐底作业状态下，高应力区域主要集中在起重机所在处船体外板和舱壁；坐底自存时，强框架与船体外板应力较大；在任何工况下，横纵舱壁与外板交接处应力始终较大。在坐底作业时，对以上高应力区域应特别监测。　　本文的研究内容可以为海上风电工程提供新型解决方案，研究方法可为同类型工况下的船体强度的研究提供借鉴，研究成果及得出的一些结论可为类似坐底作业工程提供参考。
作者：	王光建
专业：	航海科学与技术
导师：	杜嘉立
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021